基于双谐振滤波器的三相并网逆变系统的制作方法

本发明涉及一种太阳能发电与现有交流电网进行并网时使用的一种并网逆变系统，特别涉及一种能有效滤掉三相并网逆变器所产生的高频开关谐波的并网逆变系统。

背景技术：

在将分布式直流电源与现有三相电网进行并网时，三相并网逆变器是作为分布式电源与电网连接的主要接口，为不可缺少的部件。三相并网逆变器是通过脉宽调制将直流电逆变成三相交流电的。三相并网逆变器在完成脉宽调制过程中，会不可避免地产生不同频率的高频开关谐波，这部分高频开关谐波会随着并网进入到现有电网，对电网产生严重的高频谐波污染。高频谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,甚至造成热击穿损坏，因此,必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波。为了解决高频谐波污染问题，一般是在三相逆变器与电网之间增加输出滤波器对高频谐波进行滤波处理，常采用的输出滤波器为LCL滤波器。但由于三相并网逆变器的调制波形所产生的谐波电压主要集中在三相并网逆变器的开关频率f_k 附近，以及二倍开关频率2f_k 附近，LCL滤波器对开关频率f_k 附近和二倍开关频率2f_k 附近的电压谐波的衰减能力非常有限。为了克服这一缺点，有人采用了双谐振滤波器，用并联的两个RLC串联谐振支路替代LCL滤波器中的电容支路。在该电容支路中加入阻尼电阻R是基于对双谐振滤波器的谐振尖峰进行抑制，但带来了整个逆变系统有功损耗增大的缺陷和对开关频率f_k 附近，以及二倍开关频率2f_k 附近谐波的滤波效果提升抑制的问题。此外，网侧电感和逆变器侧电感与容性LC谐振支路产生串联谐振会导致双谐振滤波器的谐振尖峰产生。通常在设计该RLC串联谐振支路时，其中一个支路的LC 参数通常是根据滤除开关频率附近的谐波来设计的，另一个支路的LC参数是根据滤除二倍开关频率附近谐波来设计的，传统设计方案中由于不考虑两个并联支路的电容值比例，存在双谐振滤波器的谐振尖峰位置不确定的缺陷，导致谐振尖峰会出现在双谐振滤波器逆变系统的控制带宽之内，不仅容易放大并网高频谐波电流，也会导致控制系统不稳定。此外，对于三相并网逆变器的双谐振滤波器，三相LC谐振支路的各相参数不可能完全对称，会影响滤波效果，同样会在输出电流中引入负序电流，导致各相输出电流畸变不对称。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于双谐振滤波器的三相并网逆变系统，解决了现有的并网逆变滤波系统存在的有功损耗大和对高频谐波滤波效果提升不明显的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种基于双谐振滤波器的三相并网逆变系统，包括直流电源、三相逆变器、三相双谐振滤波器和三相交流电网，在直流电源的输出端上并联有稳压电容, 直流电源的输出端与三相逆变器的输入端连接在一起，三相逆变器的输出端通过三相双谐振滤波器与三相交流电网连接在一起，三相双谐振滤波器的逆变器侧A相电感器与三相逆变器的A相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器的A相网侧电感器与三相交流电网的A相母线连接在一起，三相双谐振滤波器的逆变器侧B相电感器与三相逆变器的B相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器的B相网侧电感器与三相交流电网的B相母线连接在一起，三相双谐振滤波器的逆变器侧C相电感器与三相逆变器的C相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器的C相网侧电感器与三相交流电网的C相母线连接在一起；在三相双谐振滤波器的逆变器侧A相电感器与三相双谐振滤波器的A相网侧电感器的连接点上连接有由A相开关频率滤波电容器与A相开关频率滤波电感器串联组成的第一A相谐振支路，在三相双谐振滤波器的逆变器侧B相电感器与三相双谐振滤波器的B相网侧电感器的连接点上连接有由B相开关频率滤波电容器与B相开关频率滤波电感器串联组成的第一B相谐振支路，在三相双谐振滤波器的逆变器侧C相电感器与三相双谐振滤波器的C相网侧电感器的连接点上连接有由C相开关频率滤波电容器与C相开关频率滤波电感器串联组成的第一C相谐振支路，第一A相谐振支路、第一B相谐振支路和第一C相谐振支路是连接成星形连接电路结构的；在三相双谐振滤波器的逆变器侧A相电感器与三相双谐振滤波器的A相网侧电感器的连接点上连接有由A相第二开关频率滤波电容器与第二A相开关频率滤波电感器串联组成的第二A相谐振支路，在三相双谐振滤波器的逆变器侧B相电感器与三相双谐振滤波器的B相网侧电感器的连接点上连接有由第二B相开关频率滤波电容器与第二B相开关频率滤波电感器串联组成的第二B相谐振支路，在三相双谐振滤波器的逆变器侧C相电感器与三相双谐振滤波器的C相网侧电感器的连接点上连接有由第二C相开关频率滤波电容器与第二C相开关频率滤波电感器串联组成的第二C相谐振支路，第二A相谐振支路、第二B相谐振支路和第二C相谐振支路是连接成星形连接电路结构的。

三相双谐振滤波器的A相开关频率滤波电容器的电容容值与A相第二开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:10-1:20；三相双谐振滤波器的B相开关频率滤波电容器的电容容值与B相第二开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:10-1:20。三相双谐振滤波器的C相开关频率滤波电容器的电容容值与C相第二开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:10-1:20。

三相双谐振滤波器的开关频率滤波电容器的电容容值与二倍开关频率滤波电容器的电容容值的最优比值为1:12。

三相双谐振滤波器（4）的开关频率谐振支路的不对称度（β ）为：

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其中k取a或b或c，L_a是A相开关频率谐振支路的电感值， C_a是A相开关频率谐振支路的电容值， L_b是B相开关频率谐振支路的电感值，C_b是B相开关频率谐振支路的电容值，L_c是C相开关频率谐振支路的电感值，C_c是C相开关频率谐振支路的电容值；不对称度指标β小于8%，既能保证各相滤波效果，又能减轻输出电流不对称问题。

按照下式计算二倍开关频率谐振支路的不对称度指标γ如下：

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其中k取a或b或c，L_a是A相二倍开关频率谐振支路的电感值， C_a是A相二倍开关频率谐振支路的电容值， L_b是B相二倍开关频率谐振支路的电感值，C_b是B相二倍开关频率谐振支路的电容值，L_c是C相二倍开关频率谐振支路的电感值,C_c是C相二倍开关频率谐振支路的电容值；不对称度指标小于8%，既能保证各相滤波效果，又能减轻输出电流不对称问题。

本发明大大加强了三相双谐振滤波器的高频开关滤波效果，并减小了三相并网逆变系统的有功损耗，有效降低了分布式电源并入电网时对三相电网的谐波污染。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图；

图2是本发明的滤波输出电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种基于双谐振滤波器的三相并网逆变系统，包括直流电源1、三相逆变器2、三相双谐振滤波器4和三相交流电网3，在直流电源1的输出端上并联有稳压电容C_dc, 直流电源1的输出端与三相逆变器2的输入端连接在一起，三相逆变器2的输出端通过三相双谐振滤波器4与三相交流电网3连接在一起，三相双谐振滤波器4的逆变器侧A相电感器L_ia与三相逆变器2的A相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器4的A相网侧电感器L_ga与三相交流电网3的A相母线连接在一起，三相双谐振滤波器4的逆变器侧B相电感器L_ib与三相逆变器2的B相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器4的B相网侧电感器L_gb与三相交流电网3的B相母线连接在一起，三相双谐振滤波器4的逆变器侧C相电感器L_ic与三相逆变器2的C相输出端连接在一起，三相双谐振滤波器4的C相网侧电感器L_gc与三相交流电网3的C相母线连接在一起；在三相双谐振滤波器4的逆变器侧A相电感器L_ia与三相双谐振滤波器4的A相网侧电感器L_ga的连接点上连接有由A相开关频率滤波电容器C1a与A相开关频率滤波电感器L1a串联组成的第一A相谐振支路，在三相双谐振滤波器4的逆变器侧B相电感器L_ib与三相双谐振滤波器4的B相网侧电感器L_gb的连接点上连接有由B相开关频率滤波电容器C1b与B相开关频率滤波电感器L1b串联组成的第一B相谐振支路，在三相双谐振滤波器4的逆变器侧C相电感器L_ic与三相双谐振滤波器4的C相网侧电感器L_gc的连接点上连接有由C相开关频率滤波电容器C1c与C相开关频率滤波电感器L1c串联组成的第一C相谐振支路，第一A相谐振支路、第一B相谐振支路和第一C相谐振支路是连接成星形连接电路结构的；在三相双谐振滤波器4的逆变器侧A相电感器L_ia与三相双谐振滤波器4的A相网侧电感器L_ga的连接点上连接有由A相第二开关频率滤波电容器C2a与第二A相开关频率滤波电感器L2a串联组成的第二A相谐振支路，在三相双谐振滤波器4的逆变器侧B相电感器L_ib与三相双谐振滤波器4的B相网侧电感器L_gb的连接点上连接有由第二B相开关频率滤波电容器C2b与第二B相开关频率滤波电感器L2b串联组成的第二B相谐振支路，在三相双谐振滤波器4的逆变器侧C相电感器L_ic与三相双谐振滤波器4的C相网侧电感器L_gc的连接点上连接有由第二C相开关频率滤波电容器C2c与第二C相开关频率滤波电感器L2c串联组成的第二C相谐振支路，第二A相谐振支路、第二B相谐振支路和第二C相谐振支路是连接成星形连接电路结构的。本发明将现有技术的RLC串联谐振支路中的阻尼电阻R去掉，充分滤除开关频率f_k 附近和二倍开关频率2f_k 附近的电压谐波，大大增强滤波器的高频滤波效果，还会减少单相并网逆变系统的有功损耗，提高单相并网逆变系统的效率。

三相双谐振滤波器4的A相开关频率滤波电容器C1a的电容容值与A相第二开关频率滤波电容器C2a的电容容值的比值为1:10-1:20；三相双谐振滤波器4的B相开关频率滤波电容器C1b的电容容值与B相第二开关频率滤波电容器C2b的电容容值的比值为1:10-1:20。三相双谐振滤波器4的C相开关频率滤波电容器C1c的电容容值与C相第二开关频率滤波电容器C2c的电容容值的比值为1:10-1:20。三相双谐振滤波器的开关频率滤波电容器的电容容值与二倍开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:10到1:20；开关频率滤波电容器的电容容值与二倍开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:10时的谐振频率一般为当其比值为1:1时的2倍，能够将双谐振滤波器的谐振尖峰频率大大提高，超出一般控制器的控制带宽，使得谐振尖峰不会对于控制系统产生影响。

三相双谐振滤波器4的开关频率滤波电容器的电容容值与二倍开关频率滤波电容器的电容容值的比值为1:12；既能够保证双谐振滤波器的谐振尖峰超出一般控制器的控制带宽，又能保证双谐振滤波器的高频滤波效果。

按照下式计算开关频率谐振支路的不对称度指标β 如下：

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其中k取a或b或c，L_a是A相开关频率谐振支路的电感值， C_a是A相开关频率谐振支路的电容值， L_b是B相开关频率谐振支路的电感值，C_b是B相开关频率谐振支路的电容值，L_c是C相开关频率谐振支路的电感值,C_c是C相开关频率谐振支路的电容值；不对称度指标β小于8%，既能保证各相滤波效果，又能减轻输出电流不对称问题。

按照下式计算二倍开关频率谐振支路的不对称度指标γ 如下：

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其中k取a或b或c，L_a是A相二倍开关频率谐振支路的电感值， C_a是A相二倍开关频率谐振支路的电容值， L_b是B相二倍开关频率谐振支路的电感值，C_b是B相二倍开关频率谐振支路的电容值，L_c是C相二倍开关频率谐振支路的电感值,C_c是C相二倍开关频率谐振支路的电容值；不对称度指标小于8%，既能保证各相滤波效果，又能减轻输出电流不对称问题。